北京：小麦种植全程无人作业技术集成示范
- 来源：北京市农业机械试验鉴定推广站
- 2023/11/14 11:24:24
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【农机网 地方农机】通过集成应用新一代物联网、大数据、无人驾驶等现代农业信息技术，应用智能拖垃机、植保无人机、智能水肥一体化设备、智能收割机等农业智能装备为核心的智能农机具，践行产学研评推用的合作模式，开展机群全程无人作业试验示范2400余亩，在京郊建设集成示范区。
一、基本情况
智能农机设备主要包括大马力无级变速无人驾驶拖垃机、植保无人机、智能水肥一体化设备、出苗率和长势监测无人机、无人驾驶收割机等，可实现小麦生产全程无人作业。项目集成智能农机，在密云建设农机无人作业试验示范基地，基地占地面积457亩。通过“产、学、研、评、推、用”高效合作模式，以“智慧种地”为目标，以“机器换人”为手段，打造成全国高水平农机无人作业试验示范基地。
二、主要做法
实施背景：通过发展数字农业、精准农业、智慧农业等现代农业方式赋能农业高质量发展，助力乡村振兴，是“十四五”期间实现农业农村现代化的关键举措。在当前我国农村青壮年劳动力流失加剧的严峻形势下，在全程农业机械化的基础上，发展无人化农机作业技术装备，通过“机器代人”，解决谁来种地，谁来高效种地的问题，代表着最先进农业生产力，是未来农业的发展方向，必将引领数字农业、精准农业、智慧农业等现代农业方式的发展。
主要内容：本项目通过集成应用新一代物联网、大数据、无人驾驶等现代农业信息技术，应用智能拖垃机、植保无人机、智能水肥一体化设备、智能收割机等农业智能装备为核心的智能农机具，践行产学研评推用的合作模式，开展机群全程无人作业试验示范，在京郊建设集成示范区。
主要技术：已实现农机自动路径规划、全程无人驾驶、作业自动控制和监测，极大地提高了农业生产效率和作业质量。
1.东风2204无级变速无人驾驶拖拉机
东风2204无极变速无人驾驶拖拉机基于电控底盘以及无级变速技术，结合北斗/GNSS定位技术，能够自动完成预先设定地块的耕整地、播种以及中耕等作业任务，具备远程启停，远程协助、远程控制等能力。电控能力包括：挡位控制、动力输出、液压输出以及液压提升。该系统主要包括规划模块、控制模块、定位模块。路径规划模块负责规划作业路径以及掉头轨迹，定位模块负责获取农机位姿信息，控制模块负责跟踪规划路径以及控制机具升降，最终控制精度能够到达±2.5cm。
主要参数：
1.电控转向：-540°-540°，精度1.0°；
2.电控制动及油门：0-100%，精度1%；
3.档位控制、PTO控制、机具升降、液压输出；
4.行驶速度：0-35km/h；
5.控制周期：0.1s；
6.定位控制精度：±2.5cm；
7.变速箱：无级变速CVT。
2.大型喷灌机水肥一体系统
圆形喷灌机具有智能施肥系统(Intelirri ZFB300)，远程水泵控制、入机流量及压力监测、基于北斗定位的运行位置监测、手机APP控制等功能。系统具备本地及远程控制，运行状态监视等能力，可融合域内气象、视频等信息，实现精准水肥一体化灌溉。
主要参数：
1. 整机长度：187米(3跨+悬臂)；
2. 喷头：62个(Nelson D3000)， 摇臂式喷头1个；
3. 行走速度：2.06米/分钟(100%运行一周耗时：8.4小时)
4. 入机流量：55立方米/小时
5. 定位控制精度：±2.5米
6. 施肥流量：300升/小时(柱塞泵Intelirri ZFB300)
7. 施肥调节范围：10%-100% (工作压力：0-0.8MPa)
8.施肥桶容积：2000升
9.通信方式：4G移动通信(支持5G)
3. T30型电动六旋翼枝向对靶植保无人飞机
大疆T30型六旋翼植保无人机飞行性能强大且作业效果出色，将无人机最大载重提升至30L，大田植保作业效率达到新高度每小时240亩；采用革命性“变形” 机身，实现枝向对靶施药，提高农药利用率20%以上，大田、果树植保喷洒效果出类拔萃，配合数字农业解决方案，实现绿色精准施药。
4.无人驾驶小麦收获机
全车采用了纯电控方式，操作简便。控制系统采用双天线高精度定位，误差不超过2.5cm，可实现：(1)路径自动规划，多路径方式作业，完全模拟人工操作，作业效率高。(2)车辆点火熄火控制；(3)车辆前进、倒退、停车控制； (4)车辆自动转弯控制；(5)车辆路径规划行驶控制；(6)车辆手自动驾驶一键切换控制；(7)车辆远程云端控制；(8)电控HST系统；(9)割台升降控制；(10)卸粮桶自动控制，拨禾轮自动控制。
主要参数：
1. 型号：沃得 4LZ-6.0EK(Q)
2. 动力：常柴125马力
3. 作业幅宽：2.2米割幅
4. 喂入量:6kg
5. 粮仓容积:1.7立方
三、取得成效
本项目以智能农机为核心、高标准农艺为保障、精准化栽培为手段，践行产学研评推用合作模式，在密云建立农机无人作业试验示范基地。项目实现种植远程智能管控模式，大幅提高生产管理决策能力，实现品质、产量和效益提升。具备显著的“全天候、全过程、可复制、可推广”的示范效果与广泛的推广价值。
(1)经济效益
一是提高作业质量。农机手使用传统拖拉机进行田间作业时的精度约在10厘米，经过长时间劳作后，作业精度大大降低，从而降低了作业质量，不利于前后环节的配套作业。本项目的无人驾驶拖拉机基于GPS/北斗双模的自动导航技术，作业精度约可控制在±2.5厘米，可以有效地避免重播和漏播，提升作业质量。另外，根据自动导航过程中存储的路径数据，还可以使拖拉机在后续作业环节定位到固定的作业路径，有效保证农机各环节作业配合精度。由原来的作业质量靠机手的经验变为作业质量精准、一致、可控。
二是降低机手劳动强度。农机在无人驾驶作业过程中，不再像以往一样需要机手在农机上进行实时操控，机手只需要在道路交通驾驶农机行驶至目标农田，然后便可以由农机根据规划路线自主作业，从传统意义上的农机作业由一个机手一台车改变为一个机手可以负责多台车作业。这样使驾驶员从单调重复、高强度的劳动中解放出来，可延长作业时间，提高机车的使用效率。
三是减少投入成本。由于无人驾驶行进中作业速度与发动机转速更为平稳，结合本课题的三维地形精准控制，匹配度更高，动力控制性能较优越，且路径规划方案优化，减少了不必要的行驶路程。因此相较人工驾驶，可降低油耗7%，减少环境污染。另外，优越的路径规划降低在播种期间的重播率，提高直线度60%以上，因此可有效减少种肥消耗，降低投入成本。
四是提高配合效率。本课题的多机协同系统能够进行任务级别的规划，让农机编队作业，覆盖耕种管收全环节，作业效率相较人为操控提高25%。多机协同能极大减少农机间作业沟通成本，实现提前规划，作业无缝衔接。如收获小麦过程中，转运车能实现接满即走，空车自动接上，工作期间收获机停车时间大大减少。
(2)社会效益
形成作业大数据。智能化农机上传大量的传感器数据能更加准确反映作业效率、计算作业面积等情况。汇总所有农机提供农业作业大数据，为我国农业作业分布、播种收获情况、农机转移等农业宏观数据分析提供坚实基础。
(3)生态效益
无人驾驶相较人工驾驶行进中作业速度与发动机转速更为平稳，结合三维地形精准控制，匹配度更高，动力控制性能较优越，且路径规划方案优化，减少了不必要的行驶路程，可降低油耗，减少环境污染。另外，优越的路径规划降低在播种期间的重播率和漏播率，因此可有效减少种肥消耗，减少环境污染。
四、经验启示
小麦无人作业技术应用在密云区河南寨镇陈各庄村无人作业试验示范基地，面积457亩，目前基地已实现小麦关键环节无人作业，种植效果良好。基地是通过产学研评推用高效合作模式，开展农机全程无人作业技术与装备试验示范、展示交流等工作。重点展示无人作业多级协同管理、高效任务动态路径规划、障碍物快速识别与避障、大型拖拉机及联合收获机的自主控制、智能灌溉施肥等一系列高精尖技术，基地还配套应用栽培、土肥、植保等新技术，实现农机农艺融合、农机化与信息化融合。
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